一种施加不同方向静电场控制饱和蒸气压和沸点的方法技术

技术编号:22939409 阅读:72 留言:0更新日期:2019-12-27 15:36
本发明专利技术属于工业应用领域,涉及一种施加不同方向静电场控制饱和蒸气压和沸点的方法。当静电场方向与气液相界面法向的夹角小于θ时,温度不变的情况下,能够升高气液平衡系统的饱和蒸气压;在气相压强不变的情况下,能够降低沸点,角度越小,饱和蒸气压和沸点的改变量越大;当静电场方向与气液相界面法向的夹角大于θ时,在温度不变的情况下,能够降低气液平衡系统的饱和蒸气压;在气相压强不变的情况下,能够提升沸点;当静电场方向与气液相界面法向的夹角约为θ时,静电场对气液平衡系统的饱和蒸气压和沸点无影响;当静电场方向一定时,改变电场强度以升高或降低对饱和蒸气压的影响。本发明专利技术强化了相变传质过程,提高了传热效率。

【技术实现步骤摘要】
一种施加不同方向静电场控制饱和蒸气压和沸点的方法
本专利技术属于工业应用领域,涉及一种施加不同方向静电场控制饱和蒸气压和沸点的方法。
技术介绍
气液相变是指物质在特定的外界温度和压强下由液相转化为气相或气相转化为液相的过程。相变是传质和传热的过程,如生产过程中可利用热气体液化放出的热量强化其传热过程,化工厂中的精馏塔的精馏分离操作同样涉及气液相变过程。当前的分离技术存在能耗高,能量利用率低的问题,例如蒸馏过程需要持续提供能量,其中只有一部分能量能够传递到物质中被吸收,其余能量耗散导致传递效率低。温度和压强是气液平衡系统中两个基本的宏观物理量,控制系统的温度或压强能使气液转化过程朝着所期望的方向进行,而在实际生产中让压强和温度的改变意味着更多的设备投资与能源损耗,有时技术的不完善导致效益并不高。一些生产过程中还要求对温度和压强的控制,例如提取中草药中有效成分的加工工艺中,在把控好溶液沸腾的前提下,通过调节加热设备真空度和加热量既要保证有效成分不会由于温度过高而降解也要合理控制生产速度降低能耗。因此,开发新技术来控制气液平衡系统的温度和压强对提高效率和强化相变过程具有重要的意义。静电场能够有效地促进气液平衡系统的变化过程,促使气液平衡系统达到新的平衡态。有研究表明,静电场能促进膜蒸馏和反渗透处理过程,提高传质分离效率,促进过热液体沸腾,增强气液沸腾系统传热。场分离是得到认可的一项新型分离技术,但是目前无法投入实际生产中,存在着许多限制性因素,因此研究静电场对气液平衡系统的压强和温度的影响对于正确分析蒸馏、强化传质过程、提高强化传递效率等方面有着极其重要的指导意义。
技术实现思路
为了解决场分离技术所存在的问题和有效控制气液平衡系统平衡时的温度和蒸气压,本专利技术提供一种施加不同方向静电场控制饱和蒸气压和沸点的方法,达到控制饱和蒸气压和沸点的增加或降低及其改变量大小,改变系统平衡态,强化相变传质过程,提高传热效率的目的。本专利技术采用如下技术方案来实现:一种施加不同方向静电场控制饱和蒸气压和沸点的方法,包括:当静电场方向与气液相界面法向的夹角小于θ时,在气液平衡系统温度不变的情况下,能够升高气液平衡系统的饱和蒸气压;在气相压强不变的情况下,能够降低沸点,角度越小,饱和蒸气压和沸点的改变量越大;当静电场方向与气液相界面法向的夹角大于θ时,在气液平衡系统温度不变的情况下,能够降低气液平衡系统的饱和蒸气压;在气相压强不变的情况下,能够提升沸点,角度越大,饱和蒸气压和沸点的改变量越大;当静电场方向与气液相界面法向的夹角约为θ时,静电场对气液平衡系统的饱和蒸气压和沸点无影响;当静电场方向一定时,改变电场强度以升高或降低对饱和蒸气压的影响。进一步地,θ与选取的物质有关。优选地,夹角θ通过下面公式计算得出:其中:vG、vL分别是气相和液相物质的摩尔体积,εL、εG分别是液相和气相物质的介电常数。进一步地,电场强度和物质的自身性质决定静电场对气液平衡系统饱和蒸气压的升高或降低的变化量大小。优选地,在温度不变的情况下,施加静电场作用的气液平衡系统的饱和蒸气压随静电场强度的变化量大小,由下式计算得到:其中:带有上标“L”的量表示液相中的物理量,带有上标“G”的量表示气相中的物理量,p′是施加静电场后温度T下的饱和蒸气压,p是无静电场作用时温度T下的饱和蒸气压,ε0为真空介电常数,v是物质摩尔体积,vG、vL分别是气相和液相物质的摩尔体积,ε是物质的介电常数,εL、εG分别是液相和气相物质的介电常数,E是施加的总的电场强度。优选地,在气液平衡系统饱和蒸气压不变的情况下,饱和蒸气压随静电场强度的变化量大小计算公式中未知参量均为沸点的函数,利用数值方法求解式中的隐函数方程得到施加静电场作用的气液平衡系统的沸点随静电场强度的变化关系。优选地,当静电场方向平行于相界面,即θ=π/2,系统温度为25℃时,随着电场强度的增大,饱和蒸气压降低的幅度也越来越大。优选地,当静电场方向垂直于相界面,即θ=0,系统温度为25℃时,随着电场强度的增大,饱和蒸气压增加的幅度也越来越大。进一步地,对气液平衡系统施加静电场,已知气相静电场,通过边界条件求得液相静电场。进一步地,气液平衡系统的液相物质可以为任何电介质,包括:水、乙醇或甲苯。本专利技术与现有技术相比,具有以下有益效果:(1)静电场可以改变系统的平衡态,使气液平衡系统的平衡压强和温度发生变化,蒸气压和沸点的增加或降低与静电场的作用方向有关,其改变量的大小与物质本身的性质和电场强度有关。给定具体物质,可通过计算得到静电场方向与相界面法向成一定角度时,对电介质系统无影响。若静电场方向小于这个夹角,系统温度不变的情况下,能够升高气液两相平衡系统的饱和蒸气压,在气相压强不变的情况下,能够降低沸点,角度越小,饱和蒸气压和沸点的改变量越大;若静电场方向大于这个夹角,在系统温度不变的情况下,能够降低气液两相平衡系统的饱和蒸气压,在气相压强不变的情况下,能够提升沸点,角度越大,饱和蒸气压和沸点的改变量越大。当静电场方向一定时,增加电场强度能增大对蒸气压的影响。本专利技术通过施加不同的静电场作用方向和电场强度达到控制饱和蒸气压和沸点的增加或降低及其改变量大小,强化了相变传质过程,提高了传热效率。(2)本专利技术涉及通过静电场控制气液平衡系统中物质的饱和蒸气压和沸点改变,并且能在一定的方向上使静电场的影响为零,可应用于提纯浓缩,蒸馏分离等分离过程,也可用于需要调控物质蒸气压或沸点的各生产过程中。附图说明图1是本专利技术一个实施例中任意方向的静电场作用于气液平衡系统的示意图;图2是本专利技术一个实施例中静电场作用方向对蒸气压和沸点的影响变化示意图;图3是本专利技术一个实施例中方向平行于相界面的静电场其电场强度对蒸气压影响的示意图;图4是本专利技术一个实施例中方向垂直于相界面的静电场其电场强度对蒸气压影响的示意图。具体实施方式为了更好的理解本专利技术的内容,下面结合附图和实施例对本专利技术进一步的说明,但本专利技术要求保护的范围并不限于此。一种施加不同方向静电场控制饱和蒸气压和沸点的方法,包括:S1、当静电场方向与气液相界面法向的夹角小于θ时,θ与选取的物质有关。在气液平衡系统温度不变的情况下,能够升高气液平衡系统的饱和蒸气压;在气相压强不变的情况下,能够降低沸点,角度越小,饱和蒸气压和沸点的改变量越大;S2、当静电场方向与气液相界面法向的夹角大于θ时,θ与选取的物质有关。在气液平衡系统温度不变的情况下,能够降低气液平衡系统的饱和蒸气压;在气相压强不变的情况下,能够提升沸点,角度越大,饱和蒸气压和沸点的改变量越大;S3、当静电场方向与气液相界面法向的夹角约为θ时,θ与选取的物质有关,静电场对气液平衡系统的饱和蒸气压和沸点无影响;S4、当静电场方向一定时,改变电场强度以升高或降低对蒸气压的影响。本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种施加不同方向静电场控制饱和蒸气压和沸点的方法,其特征在于,包括:/n当静电场方向与气液相界面法向的夹角小于θ时,在气液平衡系统温度不变的情况下,能够升高气液平衡系统的饱和蒸气压;在气相压强不变的情况下,能够降低沸点,角度越小,饱和蒸气压和沸点的改变量越大;/n当静电场方向与气液相界面法向的夹角大于θ时,在气液平衡系统温度不变的情况下,能够降低气液平衡系统的饱和蒸气压;在气相压强不变的情况下,能够提升沸点,角度越大,饱和蒸气压和沸点的改变量越大;/n当静电场方向与气液相界面法向的夹角约为θ时,静电场对气液平衡系统的饱和蒸气压和沸点无影响;/n当静电场方向一定时,改变电场强度以升高或降低对饱和蒸气压的影响。/n

【技术特征摘要】
1.一种施加不同方向静电场控制饱和蒸气压和沸点的方法,其特征在于,包括:
当静电场方向与气液相界面法向的夹角小于θ时,在气液平衡系统温度不变的情况下,能够升高气液平衡系统的饱和蒸气压;在气相压强不变的情况下,能够降低沸点,角度越小,饱和蒸气压和沸点的改变量越大;
当静电场方向与气液相界面法向的夹角大于θ时,在气液平衡系统温度不变的情况下,能够降低气液平衡系统的饱和蒸气压;在气相压强不变的情况下,能够提升沸点,角度越大,饱和蒸气压和沸点的改变量越大;
当静电场方向与气液相界面法向的夹角约为θ时,静电场对气液平衡系统的饱和蒸气压和沸点无影响;
当静电场方向一定时,改变电场强度以升高或降低对饱和蒸气压的影响。


2.一种施加不同方向静电场控制饱和蒸气压和沸点的方法,其特征在于,θ与选取的物质有关。


3.根据权利要求1所述的静电场控制饱和蒸气压和沸点的方法,其特征在于,夹角θ通过下面公式计算得出:



其中:vG、vL分别是气相和液相物质的摩尔体积,εL、εG分别是液相和气相物质的介电常数。


4.根据权利要求1所述的静电场控制饱和蒸气压和沸点的方法,其特征在于,电场强度和物质的自身性质决定静电场对气液平衡系统饱和蒸气压的升高或降低的变化量大小。


5.根据权利要求4所述的静电场控制饱和蒸气压和沸点的方法,其特征在于,在温度不变的情况下,施加静电场作用的气液平衡系统的饱和蒸气压随静电场强度的变化量大小,...

【专利技术属性】
技术研发人员:韩光泽胡秋霞蒙健佳陈明东
申请(专利权)人:华南理工大学
类型:发明
国别省市:广东;44

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